alumínium folyáshatár: Alkalmazások, kiválasztási kritériumok és gyakorlati útmutató
Ha egy gépvázat 6061-T6 alumínium extrudálással építenek, az első tartós hajlítást előrejelző szám a alumínium folyáshatár , nem a szakítószilárdság. A T6 temperációban a 6061 tipikus folyáshatára 276 MPa, tehát egy szerkezeti elem elkezdi felvenni az adott feszültség közelében, jóval a 290 MPa szakítószilárdság elérése előtt.
A hozamerősség megmutatja, hol ér véget a rugalmas viselkedés; e feszültség felett a profil nem ugrik vissza.
Ez számít a t-hornyos keretezésnél, mert a legtöbb illesztést és gerendát úgy tervezték, hogy rugalmasak maradjanak. Ha egy mérnök úgy méretez egy fesztávot, hogy csak a végső szakítószilárdság legyen, a keret tartósan megereszkedhet, jóval azelőtt, hogy eltörne. A teherhordó alumínium szerkezetek gyakorlati tervezési határa a folyáshatár.
Mi az alumínium hozamszilárdsága, és miért határozza meg a kerethatárokat?
Az alumínium folyáshatára az a feszültség, amelynél az anyag plasztikusan deformálódni kezd, MPa-ban vagy ksi-ben kifejezve. Mivel az alumíniumnak nincs éles folyáshatára, a mérnökök a 0,2%-os eltolásos feszültséget alkalmazzák.
0,2% offset proof feszültség az a feszültség, amely a terhelés eltávolítása után 0,2%-os tartós képlékeny nyúlást hoz létre. Ez az alumíniumötvözetek folyáshatárának elfogadott meghatározása.
Egy egyszerű példa: egy 276 MPa folyáshatárú 6061-T6 profil 180 MPa-ig terhelhető, és kényelmes ráhagyással visszatérhet eredeti alakjába. 250 MPa-nál a szegély vékony, és a rés szélein kialakuló helyi feszültségkoncentrációk meghaladhatják az anyagot a hozamon túl.
A gyakorlati következmény az, hogy az ipari keretek, munkaállomások, burkolatok és lineáris mozgású szerkezetek profilválasztásának első lépését a folyáshatár, nem pedig a keménység vagy a szakítószilárdság határozza meg.
Alumínium hozamszilárdsági értékek ötvözet és hőmérséklet szerint
A szokásos extrudált alumíniumötvözetek tipikus folyáshatára 34 MPa 1100-O és 503 MPa 7075-T6 esetén. Az alábbi táblázat a szállítói adatlapokon és a malom tanúsítványain található értékeket gyűjti össze.
Az extrudáláshoz használt általános alumíniumötvözetek jellemző folyáshatára.
Ötvözet és temperálás
Folyási szilárdság (MPa)
Folyási szilárdság (ksi)
Tipikus alkalmazás
1100-O
34
5
Kárpit, névtáblák, vegyi felszerelések
3003-H14
145
21
Hőcserélők, tároló tartályok
5052-H32
193
28
Tengerészeti panelek, üzemanyagtartályok
6063-T5
110
16
Építészeti keretek, sínek
6063-T6
214
31
Könnyű szerkezeti keretek
6061-T6
276
40
Gépvázak, kosarak, nagy teherbírású profilok
7075-T6
503
73
Repülési, nagy igénybevételnek kitett alkatrészek
Tipikus folyáshatár értékek a fenti táblázatból, közös skálán ábrázolva.
Fényvédőkhöz és válaszfalakhoz elég a 6063-T5. Szerkezeti oszlopok és gerendák esetében a 6061-T6 az általános alapértelmezett. Amikor a keretnek nagyobb üzemi terhelést kell viselnie, a nagy szilárdságú 3030 t-horony profil gyakran a legkisebb szakasz, amely nagyobb sorozatra való átállás nélkül működik.
Ha a keret konzolos karokat vagy felső támasztékokat használ, ne méretezze ezeket az elemeket a 6063-T5 adatok alapján; használjon 6061-T6-ot vagy nagy szilárdságú 30-as sorozatú profilt.
6061 vs 6063: Hogyan változtatja meg a hozamerősség az extrudálási választást
A t-slot keretezésnél a praktikus választás szinte mindig a 6061-T6 és a 6063-T6 között van. A 6061 nagyobb folyáshatárt és jobban megmunkált éleket kínál; A 6063 simább felületet és vékony vagy összetett szakaszok könnyebb extrudálását kínálja.
6061-T6 szerkezethez
Tipikus folyáshatár 276 MPa; minimum 240 MPa a T6-ban.
Nagyobb keménység és jobb ellenállás a menetszalaggal a menetes furatokban.
Előnyben részesítendő gépalapokhoz, kosarakhoz és teherhordó oszlopokhoz.
6063-T6 a megjelenéshez
Tipikus folyáshatár 214 MPa T6-ban; alacsonyabb, mint 6061.
Simább felület a tiszta vagy színes eloxáláshoz.
Jobb sarokkitöltés és könnyebb vékonyfalú extrudálás.
A géposzlopon lévő csavarkötéseknél a 6061 nagyobb folyáshatára csökkenti annak a kockázatát, hogy a résfogak előfeszítés alatt benyomódjanak. Ha az alkatrész eloxált bevonatú burkolat, a 6063 könnyebben extrudálható vékony falú szakaszokban, és egyenletesebb felületet eredményez. Körülbelül 25 kN feletti oszlopterhelés esetén a nagy teherbírású 6061 profil a vastagabb fal a biztonságosabb kiindulópont.
Mi változtatja meg az extrudált alumínium profil folyási szilárdságát?
Az ötvözet rögzítése után a temperálásnak van legnagyobb hatása a folyáshatárra, ezt követi a hidegmunka, a hőmérséklet és a keresztmetszet alakja. Az alapötvözet meghatározza a mennyezetet; feldolgozás beállítja a tényleges értéket.
Az ötvözet összetétele: A magnézium és a szilícium 6xxx ötvözetekben öregedő keményedési fázisokat eredményez; réz és lítium növeli a választ 2xxx-ben; cink magnéziummal hajtja 7xxx a legnagyobb szilárdságig.
Hőkezelés: A T5-öt extrudálás után lehűtik és mesterségesen öregítik; A T6 oldatban hőkezelt, hűtött és öregített. A 6xxx ötvözetekben a T6 40-60%-kal növeli a folyáshatárt a T5-höz képest.
Hideg munka: Az extrudálás utáni nyújtás és egyengetés némileg növeli a folyáshatárt, de csökkenti a nyúlást. Ezért a végső temperálás és egyengetési sorrend a malom tanúsítványának része.
Üzemi hőmérséklet: A 150 C feletti tartós expozíció csökkentheti a 6061-T6 folyáshatárát 200 MPa alá. Meleg környezetben válasszon termikusan stabil ötvözetet.
Metszet geometriája: A folyási szilárdság anyagtulajdonság, de a profil gyakorlati terhelési határa a falvastagságtól és alaktól is függ, amelyek szabályozzák a lokális kihajlást, mielőtt vékony metszetekben engednek.
Tervezési szabály: Használja a temperálási specifikációban megadott minimális folyáshatárt, majd végezzen külön ellenőrzést a vékonyfalú t-horony profiloknál a kihajlásra.
Hozamerősségi adatok alkalmazása extrudálás vásárlásakor
Ha teherhordó kerethez alumínium extrudálást vásárol, a malomtanúsítványban szereplő minimális folyáshatárt használja, ne a marketingoldalon szereplő tipikus értéket.
Kérje a tétel szakítóvizsgálati jelentését; Az ASTM B557 vagy az EN ISO 6892-1 általános szabványok.
Ellenőrizze a teljes temper kódot. A T6-nak és a T651-nek különböző maradványfeszültségi szintjei vannak, ami befolyásolja a megmunkálási stabilitást.
Hasonlítsa össze a minimális folyáshatárt a legrosszabb esetben alkalmazott igénybevétellel. 1,5-ös biztonsági tényező a statikus beltéri keretek padlója; ciklikus vagy dinamikus terhelésekhez használjon 2.0-t vagy magasabbat.
Külön ellenőrizze a csatlakozók terhelhetőségét. A 276 MPa folyáshatárnál lévő profil akkor is meghibásodik a csatlakozásnál, ha a sarokcsatlakozó vagy a csavar előfeszítése alulméretezett.
A 6061-T6 esetében a "folyáshatár 276 MPa" feliratú adatlap gyakran tipikus értékre utal. Ugyanennek az ötvözetnek minimum 240 MPa lehet a malomtanúsítványa, így a 276 MPa-t használó kivitel a vártnál 13%-kal közelebb kerülhet a hozamhoz.
Az olyan beszállítók, mint a Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd., minden profiloldalon feltüntetik a metszet súlyát, temperálását és felületi kidolgozását, ami megkönnyíti a folyási szilárdsági feltételezések összehasonlítását az egyedi hosszúságok megrendelése előtt. A szabványos extrudálási tartomány tetején az extra nehéz, 90 x 90-es profil gyakran az utolsó standard szakasz, amelyet az egyedi forma indokolttá válása előtt választanak ki.
A T6 temperben a 6061 tipikus folyáshatára 276 MPa, minimális folyáshatára 240 MPa. Az izzított O hőmérsékletben körülbelül 55 MPa-ra csökken.
Mekkora a 6063 alumínium folyáshatára?
A 6063-T6 tipikus folyáshatára körülbelül 214 MPa, míg a 6063-T5 110 MPa körüli. A 6063 általában gyengébb, mint a 6061, de könnyebben extrudálható jobb felületkezeléssel.
A hőkezelés növeli az alumínium folyáshatárát?
Igen. A 6xxx ötvözetek esetében az oldatos hőkezelés, majd a mesterséges öregítés drámaian növeli a folyáshatárt. A T6 temperek jellemzően 40-60%-kal nagyobb folyáshatárt biztosítanak, mint a T5 temperek ugyanabban az ötvözetben.
Hogyan mérik az alumínium folyáshatárát?
Szakítópróbával mérik, 0,2%-os eltolásos módszerrel, általában ASTM B557 vagy ISO 6892-1 szerint. A teszt rögzíti azt a feszültséget, amelynél az anyag 0,2%-os tartós képlékeny alakváltozást mutat.
